1. 톰슨 모델 ( Thomson model )
1897년 전자를 발견한 영국의 물리학자 톰슨이 1904년 제시한 원자 모형
양(+)의 전하를 띤 물체에 전자(-)가 박혀있고, 양전하의 수와 전자의 수는 동일하다고 주장하였다.
따라서 원자는 전기적으로 중성 상태를 띠고 있다고 하였다.
2. 러더퍼드 모델 ( Rutherford model )
러더퍼드는 실험을 통해 입자는 골구로 반사되는 것이 아닌 탄성충돌 해서 나온다라는 결론을 냇다.
즉 원자는 톰슨 모델처럼 박혀있는 형상이 아니다 라는 결론을 냈다.
즉 모든 핵은 그가 양성자라고 불렀던 소수핵을 포함하고 있다고 제안했다. 그는 핵 속에는 전하를
띄지 않은 입자도 존재한다고 했다.
러더퍼드는 수소 원자를 예로 들어, 구심력과 원심력이 평행 을 이뤄야 한다고 생각했다.
따라서 수소 원자의 총 에너지는 전자가 원자 핵 주위를 돌며 거지는 운동에너지와(Ek)
또 핵에 들어있는 퍼텐셜 에너지(Ep) 의 합이다 라고 가정했다.
여기에서 러더퍼드 모형의 문제점 이 나타난다.
⑴ 모든 원자는 단색광(스펙트럼)이 나오는데 이 러더퍼드 모델로는 설명이 불가하다.
⑵ 전자가 원운동을 할 때 전자파가 나오는데 이 때 에너지가 감소된다. 러더퍼드가 말한 구심력과
원심력이 같다라는 가정에서 속도(v) 가 감소하여 점차 돌수록 전자가 원자핵에 근접하게 되어
러더퍼드가 주장한 원자의 평행이 깨져버리게 된다.
▶ 이 점들을 보완해 보어의 수소 모델이 나온다.
3. 보어의 수소 모델 (Bohr Model )
보어는 세가지의 가정(Assumption)을 냈다.
⑴ 원자핵 주위 전자는 특정 에너지 준위(Level)의 궤도(orbit)를 운행한다.
⑵ 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 천이할 때 두 준위차에 해당하는 에너지가 방출 된다.
⑶ 주어진 궤도에서 원자핵 주위를 운행하는 전자의 각 운동량을 동일하다.
▷ 가정 1. 전자들은 안정된 궤도를 운행
안정된 궤도 운동에 대해 Fe = Fc, ( n번째 궤도반경 Rn )
즉 수소 모델의 반지름(Rn) 은 0.529x10^-10n^2 [m] 이다.
▷ 가정 2. 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 천이할 때 두 준위차에 해당하는 에너지가 방출
원자가 안정된 원운동을 할 때 즉 가만히 있을 때는 광을 방출하지 않을 수 있으나 다른 안정된 운동을
넘을 때에는 광을 방출하거나 흡수한다는 것이다.
▷ 가정 3. 주어진 궤도에서 원자핵 주위를 운행하는 전자의 각 운동량을 동일하다.
즉 전자가 원자핵 주위를 회전할 때 전자가 가지는 각 운동량은 플랭크 상수를 2파이 로 나눈 값의 정수배가
되는 값만이 존재할 수 있다. 라는 결론을 냈다.
보어의 가정은 쉽게 받아들이기 어려운데도 불구하고 큰 의미가 있던 이유는
보어의 모델은 당시 해결하지 못했던 선 스펙트럼 문제를 분명하게 해결해주었기 때문이다.
